燃煤机组高压加热器抽汽节流参与的再热汽温控制方法与流程

本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及一种燃煤机组高压加热器抽汽节流参与的再热汽温控制方法。

背景技术：

随着能源短缺和大气污染等问题日益严峻，可再生能源利用比例逐年攀升，然而可再生能源大都具有间歇性和波动性，对电力系统的安全稳定性造成巨大冲击，故需要提升电网灵活性。燃煤发电机组因为其容量大、功率可控、不受地域的限制等优点，已广泛地参与到电网运行灵活性调峰调频中。但是，超临界或更高参数的燃煤机组锅炉系统具有非线性、大惯性、大延迟等特点，锅炉受热面温度和再热汽温的控制难度较大，尤其是机组瞬态切变负荷，常出现受热面和再热汽温超温现象，直接关乎机组的安全。为此，研究超临界燃煤机组再热蒸汽温度的研究策略显得尤为重要。

传统的再热蒸汽调温方式一般为燃烧器摆角调温和改变锅炉尾部烟气挡板开度各自调节或者联合调节。对于严重超温情况下，则采用喷水进行调节，经济性较差。由于尾部烟气挡板调节惯性较大，反应不灵敏，尤其是在变负荷瞬态过程中，由于锅炉大惯性导致给煤控制与稳态设计值存在偏差，易造成再热蒸汽超温现象。因此，需要提出更加迅速有效的方案来解决该问题，从而从根本上提高燃煤机组变负荷灵活性。

技术实现要素：

本发明正是解决燃煤机组瞬态过程中再热汽温控制不力，易造成超温现象的问题，提供一种燃煤机组高压加热器抽汽节流参与的再热汽温控制方法，该方法利用高压缸出口的蒸汽流量参与到再热汽温的控制过程中，避免了采用冷水进行再热汽温调节带来的巨大经济性损失。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种燃煤机组高压加热器抽汽节流参与的再热汽温控制方法，将汽轮机高压缸和高压加热器连接的抽汽管道上的阀门用于再热汽温控制中，在瞬态过程中，通过改变该抽汽阀门开度，调节高压缸进高压加热器的抽汽流量，并由此改变进入燃煤机组再热器的冷再热蒸汽流量，从而有效地进行锅炉出口再热蒸汽温度的控制，对应于该控制方法，产生的具体控制逻辑如下：

(一)获取燃煤机组再热汽温的实时偏差值

根据燃煤机组设计说明书和操作规定，确定燃煤机组再热蒸汽温度设定值trh,sp，通过温度传感器得到燃煤机组锅炉出口的实时再热蒸汽温度trh,pv，从而获得燃煤机组再热汽温的实时偏差值δtrh，即：

δtrh＝trh,sp-trh,pv

(二)获取高压加热器抽汽阀门的前馈控制信号

选取燃煤机组锅炉尾部烟气挡板控制指令s作为采用高压加热器抽汽调节阀的前馈控制信号ffd，即：

ffd＝f(s)；

(三)产生高压加热器抽汽阀门的控制信号

根据pid控制器获得实时再热蒸汽温度的输出调整值fpid，加上上述得到的燃煤机组高压加热器抽汽阀门的前馈控制信号ffd，即得到最终的抽汽阀门控制信号fvalue：

fvalve＝ffd+fpid。

本发明控制方法能够实现烟气挡板调节和高压加热器抽汽节流调节两种方案对再热汽温的协调控制，当选用烟气挡板调节进行再热汽温调节中，尾部烟气挡板调节到达限值或者尾部挡板特性复杂无法准确进行再热汽温控制时，选用高压加热器抽汽节流调节方案，协调控制通过前馈信号连接。

优选的，由烟气挡板控制指令产生的再热汽温前馈信号函数f(s)形式为开口向上的一元二次函数，即f(s)＝a·s²+b·s+c，其中a>0。

优选的，汽轮机高压缸和高压加热器连接的抽汽管道上的阀门均选取电动调节阀。

和现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1、本发明通过改变进入锅炉的冷再热蒸汽流量来进行再热汽温调节，比传统的烟气挡板调节方法灵活可靠，且不宜造成受热面温度不均，安全性也提高；同时，相比于采用喷水减温调节来进行再热汽温控制，换热温差小，不可逆性大幅度降低，并且该发明适应不同瞬态过程的再热汽温控制，从而大幅度地提高燃煤发电机组瞬态过程的运行灵活性。

2、本发明可实现自动控制，简单易操作，投资低。

附图说明

图1为燃煤机组结构示意图。

图2为高加抽汽节流参与的燃煤机组再热汽温控制逻辑图。

图3为高加抽汽节流作用时再热蒸汽温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

对于超临界或更高参数的燃煤机组来说，冷再热蒸汽的来源是高压缸排汽，一般高压缸都会设置有1-2级高压缸抽汽对高压加热器的给水进行加热。冷再热蒸汽进入锅炉后，经过低温再热器和高温再热器，从而产生热再热蒸汽。如图1所示，在高压缸抽汽管道上设置两级电动调节阀，即可调节抽汽流量，改变冷再热蒸汽流量，这部分流量进入锅炉可迅速准确的对再热汽温进行调节，且经济性较好，解决了目前由于采用尾部烟气挡板控制灵敏性差，容易造成温度调节不准确，可能造成严重超温等问题。

利用高加抽汽节流进行燃煤机组再热汽温控制的控制逻辑图如附图2所示。由于尾部烟气挡板调节技术成熟、方法简单，本发明实现了两种方法的协调控制，具体分析如下，过程1：获得烟气挡板指令信号，并传递到处理单元f(x)；过程2：在f(x)中设置烟气挡板指令与采用本发明方法进行再热汽温控制的前馈控制信号，并加到加和器中；过程3：将再热汽温设定值送入pid控制器的设定值接口；过程4：将使用温度传感器测量得到的再热汽温信号送入pid控制器的当前值接口；过程5：将pid处理后获得的控制信号送到加和器中；过程6：产生对高压抽汽管道阀门的控制指令信号。

如图3所示为高加抽汽节流方案作用时，再热蒸汽流量、冷再热蒸汽温度和热再热蒸汽温度的变化，具体分析如下：在30s时，将1#高加抽汽调节阀全关，再热蒸汽流量瞬间升高20kgs^-1左右，虽然冷再热蒸汽温度略有上升，但是热再热蒸汽温度在200s内出现先降低后升高的趋势；同样的，在30s时，将1#和2#高加抽汽调节阀全关时，再热蒸汽流量瞬间升高50kgs^-1左右，此时热再热蒸汽温度在200s内下降幅度更大，这也是本发明能够实现的理论依据。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种燃煤机组高压加热器抽汽节流参与的再热汽温控制方法，通过改变高压加热器抽汽管道上的调节阀开度，改变抽汽流量，使得进入锅炉再热器的冷再热蒸汽流量迅速变化，可以有效地进行再热汽温的调控；控制逻辑中，利用烟气挡板指令获得高加抽汽调节的前馈控制信号，利用再热汽温偏差在PID控制器中产生阀门直接控制信号，最终作用于高加抽汽调节阀；本发明方法克服了由于烟气挡板调节灵敏性和准确性差的问题，减少了采用喷水减温调节由于换热温差大不可逆性较高造成的经济性损失，利用快速响应的蒸汽流量进行调节，可适应不同瞬态变负荷过程，从而保证安全经济的同时大幅度地提高燃煤发电机组瞬态过程的运行灵活性。

技术研发人员：严俊杰;赵永亮;刘明;种道彤
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2019.03.13
技术公布日：2019.05.28